Ultraschallbasierte Flussmessung in der Handgelenksarterie zur Ermittlung von Vitalparametern (RadialisPeriOP)

Deutschlandweit werden jährlich rund 120.000 Operationen durchgeführt, bei denen es während des Eingriffs zu einem Kreislaufversagen beim Patienten kommt. Bei Risikopatienten wird der Kreislauf während des Eingriffs stetig überwacht, damit der Anästhesist rechtzeitig Infusionen verabreichen oder die Beatmung verändern kann.

Der arterielle Blutdruck wird intraoperativ mittels eines Katheters gemessen, der invasiv in die Handgelenksarterie eingeführt werden muss. Dabei treten häufig kleinere Verletzungen oder Infektionen der Haut auf. Bislang gibt es noch keine nichtinvasive marktfähige Messmethode, die in Bezug auf Messgenauigkeit und Funktionsumfang mit der invasiven Kathetermessung konkurrenzfähig ist.

Im Rahmen des Verbundvorhabens soll eine innovative Ultraschallsonde entwickelt werden, mit der der Kreislauf des Patienten nicht-invasiv überwacht werden kann. Mittels einer Analyse des Blutflusses in der Handgelenksarterie kann der Blutdruck genau errechnet werden und so einem kontinuierlichen intraoperativen Monitoring unterliegen. „RadialisPeriOP“ soll frühzeitig und genauso zuverlässig wie invasive Methoden vor einem bevorstehenden Kreislaufversagen warnen.

Dieser Ansatz der kontinuierlichen und nichtinvasiven Blutflussmessung mittels Ultraschall ist innovativ und ermöglicht eine schonende und sichere Alternative zu den etablierten Technologien.

Strömungssimulation in der Medizintechnik

Die numerische Strömungssimulation (CFD - Computational Fluid Dynamics) ermöglicht die Untersuchung und Beurteilung der Strömungseigenschaften von Bauteilen noch bevor ein Prototyp gebaut und ein Experiment durchgeführt wurde. Dabei können neben der Strömung auch der Wärmetransport, Phasenübergänge und physikalische Bewegungen, die durch die Strömung verursacht werden, simuliert werden. Die Ergebnisse der CFD-Berechnungen ermöglichen schnell und kostensparend iterative Optimierungen der Leistungsföhigkeit Ihrer medizintechnischen Entwicklungen, mit weniger zu fertigenden Prototypen und erheblich geringerem experimentellen Aufwand.

Zusammen mit Ihnen analysieren wir in einem Workshop die technische Fragestellung und definieren die Randbedingungen, die zu optimierenden Parameter und die Optimierungsrichtung.

Auf dieser Basis öbernehmen wir för Sie die numerische Strömungssimulation. Die Ergebnisse werden visuell auf Flächen, als Partikelbahnen oder auch als zeitabhöngige Animationen dargestellt. Gemeinsam mit Ihnen werten wir die Ergebnisse aus und Sie erhalten Vorschlöge zur Optimierung sowie gerne auch die konstruktive Umsetzung dieser Ideen.

Die erneute Strömungssimulation mit der überarbeiteten Geometrie zeigt die erreichte Verbesserung der relevanten Parameter. Das Ergebnis ist die Beurteilung und die Optimierung der Strömungseigenschaften und der Leistungsfähigkeit Ihrer Bauteile.

Anwendungsfelder

  • Drug Delivery Systeme
  • Stoffaustauschprozesse in Bioreaktoren
  • Pumpsysteme
  • Strömung in blutführenden Komponenten
  • Zerstäubung durch Inhalatoren
  • Akustik von Medizinprodukten
  • Fertigungsverfahren

Anwendungsbeispiel
Berechnung der Blutströmung in einem neuartigen Kugelventil för den Einsatz in Blutpumpen. Die Ergebnisse fließen in die Optimierung der Konstruktion ein mit dem Ziel, die Strömungsgeschwindigkeiten, die Stagnationsgebiete und die Schubspannungen zu minimieren.